Bài 1: Tốc độ, độ dịch chuyển và vận tốc

1. Tốc độ

a. Nhắc lại một số khái niệm cơ bản trong chuyển động

- Vị trí: để xác định vị trí của vật, cần chọn một vật khác làm gốc. Sau đó gắn vật này vào một trục Ox (chuyển động thẳng) hoặc hệ tọa độ Oxy (chuyển động trong mặt phẳng). Khi đó, vị trí của vật có thể được xác định bởi tọa độ \(x=\overline{OM}\) hoặc \(\left(x,y\right)\).

Vị trí của vật M tại một thời điểm trên trục Ox

Hệ quy chiếu gồm vật làm gốc, hệ trục tọa độ kết hợp đồng hồ đo thời gian.

- Thời điểm: trên trục thời gian, chọn một điểm nhất định làm gốc thời gian thì mọi điểm khác trên trục thời gian gọi là thời điểm.

- Quỹ đạo: đường nối những vị trí liên tiếp của vật theo thời gian trong quá trình chuyển động.

b. Tốc độ trung bình

Tốc độ đặc trưng cho tính chất nhanh, chậm của chuyển động.

Tốc độ trung bình của vật xác định bằng thương số giữa quãng đường vật đi được và thời gian để vật thực hiện quãng đường đó.

\(v_{tb}=\dfrac{s}{\Delta t}\)

Đơn vị:

• Trong hệ SI: m/s (mét/giây).
• Một số đơn vị thường dùng: km/h (kilômét trên giờ), km/s (kilômét trên giây), mi/h (dặm trên giờ), cm/s (xentimét trên giây).

c. Tốc độ tức thời

Để xét tính chất chuyển động nhanh, chậm của vật tại mỗi thời điểm, tốc độ phải được xét trong những khoảng thời gian rất nhỏ.

Tốc độ tức thời (kí hiệu \(v\)) là tốc độ trung bình tính trong khoảng thời gian rất nhỏ, diễn tả sự nhanh, chậm của chuyển động tại thời điểm đó.

Khi vật chuyển động với tốc độ tức thời không đổi, ta nói chuyển động của vật là chuyển động đều. Ngược lại, ta nói chuyển động của vật là không đều.

Trên các phương tiện giao thông như ô tô, xe máy,…, tốc độ tức thời được hiển thị bởi tốc kế.

 

2. Quãng đường và độ dịch chuyển

a. Độ dịch chuyển

Đại lượng vừa cho biết độ dài vừa cho biết hướng của sự thay đổi vị trí của vật gọi là độ dịch chuyển.

Một đại lượng vừa cho biết độ lớn, vừa cho biết hướng như độ dịch chuyển gọi là đại lượng vectơ.

Độ dịch chuyển được biểu diễn bằng một mũi tên nối vị trí đầu và vị trí cuối của chuyển động, có độ dài tỉ lệ với độ lớn của độ dịch chuyển. Kí hiệu là \(\overrightarrow{d}\).

Ví dụ: Bạn Nam đi bộ từ nhà đến trường theo đường thẳng, quãng đường dài 2 km.

Khi đó, vectơ độ dịch chuyển của bạn Nam là vectơ \(\overrightarrow{AB}\) được biểu diễn như sau:

b. Phân biệt quãng đường và độ dịch chuyển

Trong hình dưới đây, người đi ô tô (1), người đi bộ (2) và người đi xe máy (3) đều khởi hành từ cùng một vị trí để đi đến vị trí được đánh dấu.

Sơ đồ mô tả quãng đường đi được của người đi ô tô, người đi bộ, người đi xe máy

3. Vận tốc

Để xác định độ nhanh, chậm của chuyển động theo một hướng xác định, người ta dùng thương số của độ dịch chuyển và thời gian dịch chuyển. Đại lượng này gọi là vận tốc trung bình, kí hiệu là \(\text{v}\).

\(\overrightarrow{\text{v}}=\dfrac{\overrightarrow{d}}{t}\)

Ta có thể viết: \(\text{v}=\dfrac{\Delta d}{\Delta t}\)

Trong đó \(\Delta d\) là độ dịch chuyển trong thời gian \(\Delta t\)

Vì độ dịch chuyển là một đại lượng vectơ nên vận tốc cũng là một đại lượng vectơ. Vecto vận tốc có:

• Gốc nằm trên vật chuyển động
• Hướng là hướng của độ dịch chuyển
• Độ dài tỉ lệ với độ lớn của vận tốc

Vận tốc tức thời là vận tốc tại một thời điểm xác định, được kí hiệu là \(\overrightarrow{\text{v}_t}\)

\(\overrightarrow{\text{v}_t}=\dfrac{\Delta\overrightarrow{d}}{\Delta t}\) với \(\Delta t\) rất nhỏ

1. Tốc độ trung bình của vật xác định bằng thương số giữa quãng đường vật đi được và thời gian để vật thực hiện quãng đường đó.

\(v_{tb}=\dfrac{s}{\Delta t}\)

2. Tốc độ tức thời là tốc độ tại một thời điểm xác định.

3. Vận tốc trung bình cho biết độ nhanh, chậm của chuyển động theo một hướng xác định.

\(\overrightarrow{\text{v}}=\dfrac{\overrightarrow{d}}{t}\)

4. Vận tốc tức thời là vận tốc tại một thời điểm xác định:

\(\overrightarrow{\text{v}_t}=\dfrac{\Delta\overrightarrow{d}}{\Delta t}\) với \(\Delta t\) rất nhỏ